长江中下游地区气象干旱特征

长江中下游地区是中国重要的粮食生产基地,在当前全球气候变化的背景下,旱灾将直接影响该区域人民的生产生活和国家粮食安全。基于标准化降水指数（SPI）,采用1961-2015年的中国地面降水月值0.5°×0.5°格点数据集,通过游程理论定义气象干旱事件,并获取了描述干旱事件特征的三个变量：干旱历时、干旱烈度和烈度峰值。指数函数和伽马函数分别用来拟合干旱历时和干旱烈度的边缘分布,Clayton Copula函数用来构建干旱历时和干旱烈度的联合分布。在此基础上,分别用常规单变量和基于Copula双变量的频率分析方法探讨55年来长江中下游地区干旱事件在不同时间尺度下的空间特征。结果表明：（1）不同时间尺度下,长江中下游地区的干旱特征空间格局存在一定的差异,最严重的干旱主要发生在长江下游地区; （2）不同时间尺度的干旱历时和干旱烈度均呈正相关,即较严重的干旱事件通常持续更长的时间;（3）鄱阳湖流域和长江干流下游的北部干旱风险较高,而陕西南部、河南南部、湖北大部和湖南的中北部干旱风险较低。研究结果可为长江中下游地区水资源的科学管理和干旱灾害的风险评估提供理论依据。     

基于Copula函数的水体富营养化联合风险概率研究

为了分析小型人工湖水体富营养化指标联合风险发生的概率,基于Copula函数的基本原理,结合眉湖水体富营养化模型模拟结果,建立了水体富营养化指标的边缘分布及Copula函数联合概率分布.通过Copula函数拟合检验和拟合优度评价筛选出不同组合方式下最优的Copula函数,并根据最优的Copula函数计算出水体富营养化指标的二维和三维联合风险概率.结果表明,不同组合方式下水体富营养化指标达到不同富营养化状态时的联合风险概率区别较大;当Chl-a和COD都为轻度富营养时,二维联合风险概率最大为62.29%,说明这种组合方式下眉湖水体极易发生轻度富营养;当Chl-a和COD都为轻度富营养、TN为中度富营养时,三维联合风险概率最大为45.46%,说明这种组合方式下眉湖水体极易发生中度富营养;由于受到水体富营养化指标监测系列的影响,部分二维和三维联合风险概率较小甚至为零.     

农业干旱与气象干旱关联性——以淮河蚌埠闸以上地区为例

基于淮河蚌埠闸以上地区60个站点1961—2015年气象数据,计算作物水分亏缺指数（Crop Water Deficit Index,CWDI）与相对湿润度指数（Relative Moisture Index,M）,以冬小麦干旱作为农业干旱的代表,分析生育期内冬小麦干旱与气象干旱时空特征,并通过游程理论识别30场主要干旱事件的历时、烈度及重现期频率,展开农业干旱与气象干旱关联性研究,结果表明：（1）时间上,冬小麦生育期内农业干旱旱情年占比均高于气象干旱,年际差最多年份均发生在冬前生长期;（2）空间上,全生育期和各个生育期内的冬小麦干旱和气象干旱呈纬向分布,由南至北旱情逐渐加重,冬小麦干旱75%以上中旱占比发生在越冬期至灌浆成熟期,气象干旱仅在越冬期出现;（3）冬小麦干旱相较气象干旱存在延时,且烈度大于气象干旱,平均历时分别为18.8旬和17.3旬,平均烈度分别为12.2和9.9;（4）气象干旱历时达到1.28旬或干旱烈度达到3.35时,便会引发冬小麦干旱,且冬小麦干旱历时、烈度重现期频率大于气象干旱,农业干旱较气象干旱持续周期更长、频率及强度更大,气象干旱加剧农业干旱旱情。     

基于Copula函数的成都夏季O3污染潜势模型

利用成都市2016~2019年6~8月O₃浓度的逐时监测数据以及该时段同时次的地面气象观测资料,构建了O₃污染潜势3维(紫外辐射、相对湿度和气温)Copula联合概率分布模型,并开展了模型的适用性研究.首先,通过对SciPy库概率分布函数的优选,确定了不同O₃浓度等级条件下紫外辐射、气温和相对湿度的最优边缘概率分布函数(均通过了显著性水平a=0.05的K-S检验);其次,计算了3种Copula联合概率分布函数的均方根误差(RMSE值)、赤池信息准则(AIC值)、贝叶斯信息量(BIC值),并借助Anderson-Darling检验,发现非对称3维frank Copula联合概率分布函数(M3Copula)可以最佳地表征不同O₃浓度等级条件下紫外辐射、相对湿度和气温的联合概率分布特征;最后,将不同O₃浓度等级条件下M3Copula联合概率密度作为对应O₃浓度等级的隶属度,O₃污染潜势的分类结果对实际O₃浓度等级具有较好的指示意义,模拟的平均准确率为63%,其中优等级、良等级、轻度污染等级以及中度及以上污染等级的模拟准确率分别为82%、64%、48%和75%.     

基于平稳与非平稳GEV模型的鄱阳湖流域极值降水模拟

论文基于鄱阳湖流域降水数据,采用平稳和非平稳GEV模型进行极值降水的模拟和分析。检测各站年最大1 d降水量序列（AMS1）的非平稳特征,将时间作为位置参数的协变量进行非平稳AMS1序列的GEV模拟。结果表明：1）鄱阳湖流域AMS1序列的形状参数基本均大于0,服从Fréchet分布;位置和尺度参数的空间分布较一致,形状参数则有差异。2）在较高重现期下由轮廓似然方法估计的置信区间比Delta方法更准确;重现水平的轮廓似然函数曲线在较高重现期之下呈较显著不对称性。3）不同重现期下的鄱阳湖流域极值降水等值线图的空间分布特征,与位置和尺度参数的分布图更为接近,与形状参数的差别则较大。4）基于非平稳GEV模型得到赣县站随时间变化的极值降水设计值,其在1951年的100 a一遇设计值到2010年下降为接近50 a一遇,预示着未来发生极值降水和洪灾的风险加大。     

造纸废水处理过程的高斯过程回归软测量建模

针对造纸废水处理系统的时变性、非线性和复杂性等特点,本文提出一种基于高斯过程回归的软测量模型.基于平方指数协方差、线性协方差和周期性协方差函数组合构建了7种高斯过程回归模型,分别对出水化学需氧量和出水悬浮固形物浓度进行回归预测.此外,还对比了多元线性回归模型、主成分回归模型、偏最小二乘模型、人工神经网络模型和高斯回归模型的预测效果.对比计算结果表明无论是对输出变量的训练拟合还是预测,高斯过程回归模型的拟合效果均优于非高斯过程回归模型.高斯过程回归模型的预测结果表明：对于出水化学需氧量,线性协方差函数与周期性协方差函数的组合模型可以取得最好的预测结果;对于出水悬浮固形物,平方指数协方差函数与线性协方差函数组合模型可以取得最好的预测结果.     

变化环境下北江流域水文极值演变特征、成因及影响

选用8种概率分布函数,系统分析北江上游犁市和下游石角2站的水文极值流量。以极大似然法估计函数参数,采用K-S、A-D、ABS和AIC拟合优度方法选出变化环境前后最优分布函数。并对水文极值流量变化规律及其影响作了有益探讨。结果表明:1991年后流域下垫面植被减少是造成年最大流量显著上升的主要原因。犁市站极值流量厚尾分布拟合最好,石角站薄尾分布拟合最优,变化环境前后洪水频率最优分布线型基本一致,但流量增大造成分布参数改变已导致分布线型高水尾部特性变陡,相应设计流量偏大。用水文情势发生变化前估计的洪水重现期往往不能很好地描述变化后洪水频率特征。北江上游及时修建防洪水利工程对减轻中下游的防洪压力尤为重要。     

基于Copula函数的泾河流域水沙关系演变特征分析

为了掌握泾河流域水沙演变规律,基于张家山水文站1956-2010 年径流与输沙量数据,采用滑动平均法分析流域水沙变化,提出应用滑动相关系数法诊断水沙关系变异,与双累积曲线法相互验证,选取皮尔逊III 型分布拟合变异前后水沙分布,基于Copula 函数建立水沙联合分布,对比分析泾河流域水沙变化特征,研究不同时段水沙丰枯遭遇情况.结果表明:① 水沙关系于20 世纪80 年代发生变异;② 以1982 年为分割点,相比于1956-1982 年,1983-2010 年水沙均值减小,设计频率P≤90%时水沙值均减小,P >90%时,径流减小,输沙量增加;③ 两阶段水沙丰枯同步频率大于丰枯异步频率,“水丰沙枯或水枯沙丰”遭遇组合概率最小,变异后时段(1983-2010 年)各种遭遇组合频率分布更为均匀,水沙丰枯异步频率变大.     

城市污泥与猪粪混合堆肥过程中湿度空间变异

对城市污泥与猪粪混合堆肥过程中堆体内湿度的空间变异性进行了研究 ,利用克里格法对湿度进行最优插值 .结果发现 :不同堆肥期湿度半变异函数在堆体水平方向上用对数函数拟合效果较好 ,在垂直方向上用线性函数拟合效果较好 .升温期、降温期和腐熟期各剖面的等湿线呈不同的分布特征 ,高温期呈较规则的“拱形”分布 .升温期、高温期及腐熟期 ,仓门附近的湿度变化较大 ,降温期堆体中轴线附近的湿度变化较大 .升温期堆体湿度最佳 ,从高温期开始 ,堆体中下部出现高湿区 ,且不断缩小 ;同时 ,堆体的顶部和两侧壁出现低湿区 ,且向堆体的中下部扩大 .由升温期到降温期 ,湿度空间变异不断增大 ,但腐熟期开始减小 .最后讨论了形成湿度空间变异的原因 ,并提出相应提高堆肥效率和质量的措施 .     

成都平原区水稻土有机碳剖面分布特征及影响因素

了解环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响,是准确拟合土壤有机碳在垂直方向上的连续变化、开展其三维空间分布模拟和估算区域土壤有机碳储量的基础.基于171个土壤剖面采样数据,利用指数递减函数拟合土壤有机碳剖面分布,分析成都平原区水稻土有机碳剖面分布的空间变异特征,并探讨成土母质、土壤类型(亚类和土属)、海拔、与河流距离和土地利用方式对其空间变异的影响作用,进而揭示环境因素对土壤有机碳剖面分布的影响.结果表明,0~20、20~40、40~60和60~100 cm土壤有机碳均值分别为19.42、9.59、5.99和5.20 g·kg-1,表现出显著的剖面递减趋势.土壤有机碳含量主要集中在40 cm以上,占整个土壤剖面的质量分数为72.17%,是研究成都平原区水稻土碳源/汇的关键部分.拟合土壤有机碳剖面分布的指数递减函数的2类参数呈现出一致的空间分布格局,具有空间相关性;参数C和k的块金系数分别为55.400%和47.671%,表明成都平原区水稻土壤有机碳剖面分布受结构性因素和随机性因素共同影响.回归分析揭示,成土母质和土属是影响研究区土壤有机碳剖面分布的主控因素,但海拔、与河流距离和土地利用的作用不容忽视.在拟合成都平原区水稻土有机碳剖面分布、构建其三维空间预测模型和估算土壤有机碳储量时,应重点考虑成土母质和土属的作用.     

低影响开发对城市内涝节点雨洪控制效果研究——不同降雨特性下的情景模拟

以中国福建省福州市晋安区解放溪流域高密度居民住宅区为例,针对不同降雨重现期、降雨历时和雨峰系数的降雨情景,利用PCSWMM模型模拟该地区的雨洪情况,并运用模型的低影响开发（LID）模块,研究7种不同LID用地布局情景对研究区内涝节点的雨洪控制效果.情景模拟结果表明：在不同降雨情景下,各LID用地布局情景会使节点的洪峰流量减小、积水时间减少、积水深度变小;植被浅沟措施和植被浅沟&绿色屋顶组合措施会使节点SS峰值浓度高于现状用地,其余布设情景下,SS峰值浓度均减小.LID措施对节点流量和水质的控制效果在低降雨重现期和长降雨历时的降雨情景下较为有效.在单个LID布设情景中,渗透铺装措施控制最佳,而组合LID布设情景中,渗透铺装&植被浅沟&绿色屋顶是最佳的组合控制措施.研究结果可为南方城市居民区实施海绵城市建设提供技术支持,并为地方制定相关规范和标准提供参考和借鉴.     

自然资源核算的生态足迹模型演进及其评论

生态足迹模型作为从生态角度对自然资源进行核算的方法,其发展经历了从一维模型向二维模型,并从二维模型向三维模型的演进过程,论文从科学问题、模型内涵、应用指向和解释能力等4个方面对生态足迹模型演进作了梳理和评论。研究结果表明：1）生态足迹模型是自然资源核算的一个生物物理性工具,弥补了主流的国民经济核算体系下自然资源价值核算的不足。2）一维模型开创性地引入生态生产性土地概念开展自然资源消费核算,以此来测算人类活动对生态的占用情况;二维模型在自然资源消费核算维度的基础上,引入自然资源生态承载能力维度,开拓了自然资源承载力评价的新视野;三维模型进一步从流量和存量两个维度理解自然资源生态承载能力,以圆柱体体积表达生态足迹,生动刻画人类活动对所处区域的生态压力。3）一维模型是二维、三维模型的基础,但它们解决的科学问题各有不同,从而所适用的研究尺度、应用指向也有所差异。4）生态足迹模型属于静态分析模型,无法解释生态经济社会系统的动态变化情况;二维和三维模型属于封闭模型,其计算结果不能准确反映区域生态的真实状况。最后,探讨了生态足迹模型进一步优化的方向。     

亚致死剂量氯吡嘧磺隆胁迫对斑马鱼典型肝脏代谢物的影响

为获知水环境中亚致死剂量的氯吡嘧磺隆对斑马鱼肝脏的影响,将斑马鱼暴露在亚致死剂量的氯吡嘧磺隆药液中8 d,采用超高效液相色谱与四级杆-轨道离子阱质谱串联对斑马鱼的肝脏代谢物进行分析,采用SIEVE软件将图谱信息转换为含有保留时间、质荷比和相对峰面积的二维数据阵.同时,结合mz Cloud、Human Metabolome Database(HMDB)数据库共鉴定出33种代谢物,包括氨基酸、糖、有机酸等物质.最后,采用SIMCA软件对正离子和负离子模式下的检测结果进行主成分、偏最小二乘法和正交校正的偏最小二乘法分析.主成分和偏最小二乘法结果表明,对照组与处理组在2种检测模式下均存在差异代谢物.为了寻找造成对照组与处理组之间差异的代谢物,对代谢物进行S-Plot分析,结果表明,肌酸酐、牛磺酸、多巴胺和5b-胆甾醇硫酸酯组间差异最大(p0.01).4种代谢产物可作为斑马鱼在氯吡嘧磺隆亚致死剂量胁迫下肝脏代谢异常的潜在标记物.     

Water resources management strategy for adaptation to droughts in China

Water Scarcity and drought are recurrent phenomena in China. In the context of environmental change, an increasing tendency in drought frequency and severity is observed in China in recent years. Therefore, it is imperative to take necessary initiatives to reduce the impacts of drought. In this paper, an attempt is made to identify the best water management strategies to cope with droughts. For this objective the records of historical droughts and their impacts in China over the period of 1950?C2009 are analyzed. It is observed that the drought affected area has increased nearly by 12 folds and the drought damaged area has increased by about 22 times in China in last 60?years. Over 87,000 reservoirs were built with a total water storage capacity of about 7,064 billion m³ to cope with droughts. However, this structural supply-based management strategy was not enough to meet the increasing water demand caused by rapid economic development and population growth. A typical relationship between socio-economic development and water resources management strategy to attain sustainability in water management is developed in this study. The relationship shows that the demand-side water management strategies can be the best option to meet the challenges posed by increased severity of drought, population growth, economic development and possible climate change. The concept is later verified through the analysis of changing pattern of water consumptions by different sectors in last 60?years.     

多种干旱监测指标在黄河流域应用的比较

利用黄河流域(包括青海、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、山东、内蒙古中西部)145个气象站1961—2010年月降水、气温、蒸发资料,为探讨目前国内常用的干旱监测指标的区域适用性,对比分析了几种干旱监测指数在黄河流域的应用情况,这些指数包括综合气象干旱指数(CI)、标准化降水指数(SPI)、帕默尔干旱指数(PDSI)、降水距平百分率(Pa)和K干旱指数(K)。结果表明,近50 a来,5种干旱指数中,K和CI对干旱的监测结果与实际情况吻合得较好,其次分别为SPI、Pa和PDSI。就CI和K而言,CI监测结果过于偏轻,对研究区内一些较重的干旱过程有遗漏;K对干旱程度的判断在某些区域(如青海、内蒙古中西部)过于偏重,对河南的夏、秋季干旱过程有遗漏。总体来说,在黄河流域,K指数监测的干旱结果与实况最为吻合,使用K的监测结果能最接近地反映实际的干旱状况,但以下情况除外,对于河南的夏、秋季,内蒙古的冬季,建议采用CI的监测结果;内蒙古的夏季,K和CI的监测结果均比较适宜,可结合使用;山东的冬季,K和Pa的监测结果可结合使用;山东的夏季,建议采用Pa的监测结果;而对于青海省,各个季节均建议使用SPI的监测结果。     

Long-term joint effect of nutrients and temperature increase on algal growth in Lake Taihu, China

To study how global warming and eutrophication affect water ecosystems, a multiplicative growth Monod model, modified by incorporating the Arrhenius equation, was applied to Lake Taihu to quantitatively study the relationships between algal biomass and both nutrients and temperature using long-term data. To qualitatively assess which factor was a limitation of the improved model, temperature variables were calculated using annual mean air temperature (AT), water temperature (WT), and their average temperature (ST), while substrate variables were calculated using annual mean total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and their weighted aggregate (R), respectively. The nine fitted curves showed that TN and AT were two important factors influencing algal growth; AT limited growth as algal photosynthesis is mainly carried out near the water surface; N leakage of phytoplankton and internal phosphorus load from sediment explains why TN was the best predictor of peak biomass using the Monod model. The fitted results suggest that annual mean algal biomass increased by 0.145 times when annual mean AT increased by 1.0℃. Results also showed that the more eutrophic the lake, the greater the effect AT had on algal growth. Subsequently, the long-term joint effect of annual temperature increase and eutrophication to water ecosystems can be quantitatively assessed and predicted.     

贵州降雨变化趋势与极值特征分析

利用1961—2004年逐日降雨资料,分析了贵州降雨强度、无雨天数、极值降雨的变化趋势及空间分布特征。利用Mann-Kendall法与反距离权重插值法对贵州近44年降雨时空变化趋势进行了分析。利用Gumbel分布拟合最大日降雨量的概率分布特征,并利用极大似然法进行分布参数估计,推求了极端(50年,百年一遇)降雨情形。结果表明,贵州近44年来汛期有雨日降雨强度、最大日降雨量、连续3日、5日、7日无雨的出现频率呈现明显的上升趋势;最大日降雨总体由南向北减少,连续无雨天气出现频率的增加幅度空间分布总体呈东高西低的趋势。